一公斤是多少？1000 克。2.20462 磅。或者根据旧的英制重力系统是 0.0685 斯勒格。但这个量到底来自哪里？我们如何才能确保每个人都在使用相同的测量标准？
自 1889 年以来，作为“国际计量大会”成员国的代表们同意使用一块保存在巴黎附近的标准金属块来定义公斤。尽管这个现代的金属块保存在高度受控的环境中，但它的重量会因磨损而损失质量，或因污垢而增加质量，产生微小的变化。为了解决这个问题，世界各地的科学家们花了近二十年的时间讨论如何根据自然界恒定的测量值来定义公斤。现在，他们终于达成了决定。
第一个公斤（最初称为“grave”）是法国科学院的一个委员会于 1793 年定义的，他们希望找到比传统上使用的固定数量谷物更好的标准。该委员会决定，新的测量单位将是 1 立方分米在 4℃（在标准条件下水密度最高时的温度）下的蒸馏水的质量。其优点是大多数配备适当设备的实验室都可以重现这一标准。随后，用黄铜铸造了一个代表该质量的原型。
不幸的是，质量的这个定义依赖于另一个可变的测量值——米。当时，米只是根据从北极到赤道的距离的一部分来临时定义的。一旦米的值和水密度最高时的温度被更精确地定义，公斤也必须被替换。并铸造了一个铂金新原型来代表这个质量。
最终，它被今天的国际单位制原型千克（IPK）所取代，它由铂和铱的混合物铸成，使其非常坚硬，并防止与氧气发生反应。IPK 及其六个副本保存在法国巴黎附近圣克卢布雷泰伊城堡的国际计量局，作为测量参考。IPK 的副本被运往世界各地，以确保所有参与国使用相同的标准。
但即使是现代的 IPK 质量也会逐渐发生变化。国际计量局给出的激进解决方案是彻底改革公斤的定义，以及科学界使用的所有其他基本测量单位（即国际单位制单位，SI units，源自法语“Système international d'unités”）。
我们不再需要将公斤与存储在保险库中的金属块进行比较，而是可以根据自然常数的精确值来定义它。达成定义花了很长时间，因为我们需要能够以 300 亿分之一（即测量值在单位的 0.00000003 处精确）的不确定度来测量这些常数，达到 苛刻的标准。
科学家们实际上已经为时间和长度完成了这项工作。一秒钟不再是地球自转所需时间的某个分数，因为地球自转速度可能会加快或减慢。相反，一秒钟 现在被定义为 一定量的能量以辐射形式从铯-133 原子释放出来所需的时间。具体来说，一秒等于 铯-133 的超精细基态能级的 9,192,631,770 次跃迁。无论何时何地测量，这都是相同的。
然后，科学家们能够根据秒和另一个自然常数——光在真空中的速度（c）来 重新定义米。科学家们已将其计算为每秒 299,792,458 米。所以一米现在是光在 1/c 秒内传播的距离。
公斤的新定义使用了另一个固定的自然值——普朗克常数（h）——它的定义值将是 6.62607015×10−34 焦耳秒。普朗克常数可以通过将光粒子或“光子”携带的能量除以其电磁频率来获得。
该常数通常以焦耳秒为单位测量，但也可以表示为千克·平方米/秒。我们从其他定义中知道了秒和米的含义。所以通过加入这些测量值，以及对普朗克常数的精确了解，我们可以得到一个全新的、非常精确的公斤定义。
其他单位
创建新定义之所以耗时如此之长，部分原因是科学家们必须 制造非常精确的设备 来以足够高的精度测量普朗克常数。该方法也存在争议，因为它将打破公斤与其他基本国际单位制单位之间的联系，特别是 摩尔，摩尔是根据物质的粒子数来衡量物质的量。因此，一些科学家提出 替代方法。
但在象征性的投票之后，国际计量局和世界各地的国家计量机构将采用新的公斤定义，以及 其他剩余基本国际单位制单位（摩尔、开尔文（温度）、安培（电流）和坎德拉（发光强度））的新定义。
对于大多数人来说，尽管进行了重新定义，日常生活仍将照常进行。一标准袋的糖所含的糖量和以前一样。但是，其中一些变化（例如对开尔文的改变）将为进行精密测量的科学家带来 实际优势。而且，要回答“一公斤是多少？”这个问题，我们不再需要比较铂金块或担心刮伤它们。
凯文·平布尔特 (Kevin Pimbblet) 是英国赫尔大学的物理学高级讲师。本文最初发表于 The Conversation。
